Simulime të reja të kryera në një superkompjuter të NASA-s po u japin shkencëtarëve pamjen më gjithëpërfshirëse deri më sot të vorbullës së strukturave magnetike që ndërveprojnë rreth yjeve neutronikë me madhësinë e një qyteti, në çastet para se të përplasen. Ekipi identifikoi sinjale të mundshme që emetohen gjatë momenteve të fundit të yjeve, të cilat mund të zbulohen nga observatorë të ardhshëm.
“Pak para se yjet neutronikë të përplasen, rajonet përreth tyre të mbushura me plazmë dhe shumë të magnetizuara, të quajtura magnetosfera, fillojnë të ndërveprojnë fuqishëm. Ne studiuam orbitat e fundit para bashkimit, kur fushat magnetike të ndërthurura pësojnë ndryshime të shpejta dhe dramatike, dhe modeluam sinjale potencialisht të vëzhgueshme me energji të lartë,” tha shkencëtari kryesor Dimitrios Skiathas, student pasuniversitar në Universitetin e Patrasit, Greqi, i cili po kryen kërkime për Shoqatën e Universiteteve të Juglindjes në Uashington në Qendrën Goddard të Fluturimeve Hapësinore të NASA-s në Greenbelt, Maryland.
Një artikull që përshkruan gjetjet është botuar në The Astrophysical Journal.
Bashkimet e yjeve neutronikë prodhojnë një lloj të veçantë shpërthimi rrezesh gama (GRB), klasa më e fuqishme e shpërthimeve në kozmos.
Shumica e studimeve janë përqendruar natyrshëm te bashkimet spektakolare dhe pasojat e tyre, të cilat prodhojnë reaktive (jete) afër shpejtësisë së dritës që emetojnë rreze gama, valë gravitacionale (valëzime në hapësirë-kohë) dhe një shpërthim të ashtuquajtur kilonovë që formon elemente të rënda si ari dhe platini. Një bashkim i vëzhguar në vitin 2017 konfirmoi në mënyrë dramatike lidhjet e parashikuara prej kohësh midis këtyre fenomeneve — dhe mbetet ngjarja e vetme e parë deri më tani që shfaqi të treja.
Yjet neutronikë grumbullojnë më shumë masë se Dielli ynë në një sferë rreth 15 milje (24 kilometra) në diametër, afërsisht sa gjatësia e ishullit Manhattan në Nju Jork. Ata formohen kur bërthama e një ylli masiv mbetet pa karburant dhe shembet, duke shtypur bërthamën dhe duke shkaktuar një shpërthim supernove që hedh larg pjesën tjetër të yllit. Shembja gjithashtu rrit shpejtësinë e rrotullimit të bërthamës dhe përforcon fushën e saj magnetike.
Yjet neutronikë të porsalindur mund të rrotullohen dhjetëra herë në sekondë dhe të kenë disa nga fushat magnetike më të forta të njohura, deri në 10 trilionë herë më të forta se një magnet frigoriferi. Kjo është mjaftueshëm e fortë për të shndërruar drejtpërdrejt rrezet gama në elektrone dhe pozitrone dhe për t’i përshpejtuar ato shpejt në energji shumë përtej çdo gjëje të arritshme në përshpejtuesit e grimcave në Tokë.
“Në simulimet tona, magnetosfera sillet si një qark magnetik që rikonfigurohet vazhdimisht ndërsa yjet orbitojnë. Vijat e fushës lidhen, shkëputen dhe rilidhen, ndërsa rrymat përshkojnë plazmën që lëviz pothuajse me shpejtësinë e dritës, dhe fushat që ndryshojnë me shpejtësi mund të përshpejtojnë grimcat,” tha bashkautorja Constantinos Kalapotharakos nga NASA Goddard. “Ndjekja e këtij evolucioni jolinear me rezolucion të lartë është pikërisht arsyeja pse na duhet një superkompjuter!”
Duke përdorur superkompjuterin Pleiades në Qendrën Kërkimore Ames të NASA-s në Kaliforninë e Silicon Valley, ekipi ekzekutoi më shumë se 100 simulime të një sistemi me dy yje neutronikë në orbitë, secili me 1.4 masa diellore. Qëllimi ishte të eksplorohej se si konfigurime të ndryshme të fushës magnetike ndikojnë në mënyrën se si energjia elektromagnetike — drita në të gjitha format e saj — largohet nga sistemi binar. Shumica e simulimeve përshkruajnë 7.7 milisekondat e fundit para bashkimit, duke mundësuar një studim të detajuar të orbitave përfundimtare.
“Puna jonë tregon se drita e emetuar nga këto sisteme ndryshon shumë në shkëlqim dhe nuk shpërndahet në mënyrë të barabartë, kështu që perspektiva e një vëzhguesi të largët mbi bashkimin ka shumë rëndësi,” tha bashkautori Zorawar Wadiasingh nga Universiteti i Maryland-it, College Park, dhe NASA Goddard. “Sinjalet gjithashtu bëhen shumë më të forta ndërsa yjet afrohen gjithnjë e më shumë, në një mënyrë që varet nga orientimet relative magnetike të yjeve neutronikë.”
Vijat e fushës magnetike të ankoruara në sipërfaqet e secilit yll tërhiqen pas tyre ndërsa yjet orbitojnë. Disa vija fushe mund të lidhin drejtpërdrejt një yll me tjetrin ndërsa orbitat zvogëlohen, ndërsa vijat që tashmë i lidhin yjet mund të shkëputen dhe të rikonfigurohen.
Duke përdorur simulimet, ekipi gjithashtu llogariti forcat elektromagnetike që veprojnë mbi sipërfaqet e yjeve. Edhe pse efektet e gravitetit dominojnë, këto tensione magnetike mund të grumbullohen në sisteme shumë të magnetizuara. Modele të ardhshme mund të ndihmojnë në zbulimin se si ndërveprimet magnetike ndikojnë në momentet e fundit të bashkimit.
“Një sjellje e tillë mund të jetë e stampuar në sinjalet e valëve gravitacionale që do të zbulohen nga objektet e brezit të ardhshëm. Një vlerë e studimeve si ky është të na ndihmojnë të kuptojmë se çfarë mund të shohin dhe çfarë duhet të kërkojnë observatorët e ardhshëm, si në valët gravitacionale ashtu edhe në dritë,” tha Demosthenes Kazanas nga Goddard.
Ekipi, ku përfshihen edhe Alice Harding nga Laboratori Kombëtar Los Alamos në Nju Meksiko dhe Paul Kolbeck nga Universiteti i Uashingtonit në Seattle, më pas përdori fushat e simuluara për të identifikuar se ku do të prodhohej emetimi me energjinë më të lartë dhe si do të përhapej ai.
Në plazmën kaotike që rrethon yjet neutronikë, grimcat shndërrohen në rrezatim dhe anasjelltas. Elektronet shumë të shpejta emetojnë rreze gama, formën më energjike të dritës, përmes një procesi të quajtur rrezatim i lakimit (curvature radiation). Një foton rreze gama mund të ndërveprojë me një fushë magnetike të fortë në një mënyrë që e shndërron atë në një palë grimcash, një elektron dhe një pozitron.
Studimi gjeti rajone që prodhojnë rreze gama me energji triliona herë më të madhe se ajo e dritës së dukshme, por ka shumë gjasa që asnjë prej tyre të mos shpëtojë. Rrezet gama me energjinë më të lartë shndërrohen shpejt në grimca në prani të fushave magnetike të fuqishme. Megjithatë, rrezet gama me energji më të ulët, me miliona herë energjinë e dritës së dukshme, mund të dalin nga sistemi në bashkim, dhe grimcat e krijuara mund të rrezatojnë edhe në energji më të ulëta, përfshirë rrezet X.
Ky zbulim sugjeron se teleskopët hapësinorë të ardhshëm për rreze gama me energji mesatare, veçanërisht ata me fusha të gjera vëzhgimi, mund të zbulojnë sinjale që burojnë nga periudha para bashkimit, nëse observatorët e valëve gravitacionale mund të ofrojnë alarme në kohë dhe lokalizim në qiell. Sot, observatorët tokësorë të valëve gravitacionale, si LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) në Luiziana dhe Uashington, dhe Virgo në Itali, zbulojnë bashkime yjesh neutronikë me frekuenca midis 10 dhe 1,000 herc dhe mundësojnë ndjekje të shpejtë elektromagnetike.
ESA (Agjencia Hapësinore Evropiane) dhe NASA po bashkëpunojnë për një observator hapësinor të valëve gravitacionale të quajtur LISA (Laser Interferometer Space Antenna), i planifikuar për t’u nisur në vitet 2030. LISA do të vëzhgojë binarë yjesh neutronikë shumë më herët në evolucionin e tyre, në frekuenca valësh gravitacionale shumë më të ulëta sesa observatorët tokësorë, zakonisht shumë kohë përpara se të bashkohen.
Observatorët e ardhshëm të valëve gravitacionale do të jenë në gjendje të paralajmërojnë astronomët për sisteme që janë në prag të bashkimit. Pasi të gjenden këto sisteme, observatorët me fushë të gjerë për rreze gama dhe rreze X mund të fillojnë kërkimin për emetimin para-bashkimit të theksuar nga këto simulime.
Vëzhgimi rutinë i ngjarjeve të tilla duke përdorur dy “mesazherë” të ndryshëm — dritën dhe valët gravitacionale — do të përfaqësojë një hap të madh përpara në kuptimin e kësaj klase të GRB-ve, dhe studiuesit e NASA-s po ndihmojnë në udhëheqjen e këtij përparimi.
Detajet e publikimit
Dimitrios Skiathas et al., Evolucioni i magnetosferës dhe sinjalet elektromagnetike të nxitura nga pararendësit në bashkimin e sistemeve binare të yjeve neutronikë, The Astrophysical Journal (2025).
DOI: 10.3847/1538-4357/adfbee
Informacion mbi revistën: The Astrophysical Journal
